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Hochdruckkolbenkompressor Die Erfindung bezieht sich auf einen Hochdruckkolbenkompressor,
an dessen hydraulischen Treibkolben auf jeder seiner Stirnseiten je ein gleichachsig
angeordneter Hochdruckkolben angeschlossen ist und bei dem der Antrieb des Treibkolbens
durch eine stufenlos regelbare Pumpe erfolgt, die das flüssige Treibmittel unter
der Einwirkung eines mit einem Hilfsschieber ausgerüsteten Steuerschiebers abwechselnd
auf eine der beiden Seiten des Treibkolbens leitet, insbesondere zur Erzeugung höchster
Gasdrücke von beispielsweise über 1500 kg/cm2.
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Derartige Hochdruckkolbenkompressoren sind wegen der hohen Drücke
sowie wegen der dabei örtlich auftretenden Temperaturen hohen Beanspruchungen ausgesetzt.
Um diese Beanspruchungen nicht infolge des häufigen Richtungswechsels der Kolbenbewegung
in unzulässiger Weise zu vergrößern, werden erfindungsgemäß Mittel vorgesehen, durch
die ein möglichst schlagfreier Hubwechsel erreicht werden soll. Vor allem soll durch
die- Erfindung eine leichte Verstellbarkeit für den zeitlichen Ablauf der bei jedem
Hubwechsel erforderlichen Steuerbewegungen erzielt werden.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Treibkolben von
einer benachbart sowie parallel zur Kolbenachse angeordneten, in die Zylinderdeckel
des Treibzylinders eingesetzten Steuerstange mit Steuerbohrungen durchdrungen ist,
die in Verbindung mit Steuerkanten des Treibkolbens vor Erreichung der Umkehrstellungen
desselben den jeweiligen Druckraum des Treibzylinders mit der entsprechenden Seite
des Hilfsschiebers verbinden, wodurch dieser den Steuerschieber verstellt, der die
Druckflüssigkeit für die andere Arbeitsrichtung um$chaltet, daß ferner die Steuerstange
aus zwei mit axialem Spiel ineinandergreifenden Einzelteilen besteht, die an ihren
äußeren Enden in die Zylinderdeckel des Treibzylinders mittels Schraubengewindes
eingesetzt sind und durch Drehung um ihre Achse eine in axialer Richtung veränderbare
Einstellung der Steuerbohrungen ermöglichen, und daß die beiden Stirnseiten des
Treibkolbens mit Ausnehmungen versehen sind, so daß ringartige Vorsprünge entstehen,
die mit entsprechenden ringartigen Ausnehmungen in den Zylinderdeckeln derart zusammenwirken,
daß die Bewegung des Treibkolbens kurz vor Erreichung der Umkehrstellungen abgebremst
wird.
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Um das Anfahren des Hochdruckkolbenkompressors aus jeder Stellung
des Steuerschiebers und Hilfsschiebers zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß weiter
vorgesehen, daß. in die von den Steuerbohrungen der Steuerstange zu den beiden Seiten
des Hilfsschiebers führenden Leitungen Dreiwegehähne eingebaut sind, die über abgezweigte
Leitungen der Druckleitung eine unmittelbare Beaufschlagung des Hilfsschiebers mit
der von der stufenlos regelbaren Pumpe geförderten Druckflüssigkeit ermöglichen,
und daß den Dreiwegehähnen Abzweigleitungen mit Absperrorganen zugeordnet sind.
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Durch die in den Zylinderdeckeln gehaltene und den Treibkolben durchdringende
Steuerstange wird zugleich der Vorteil erreicht, daß die Kompressorkolben gegenüber
ihren Hochdruckpackungen eine ganz bestimmte Winkellage besitzen und behalten, was
insofern von Bedeutung ist, als erfahrungsgemäß Packungen für höchste Drücke nur
dann längere Zeit dicht halten, wenn ihre Winkellage gegenüber den Hochdruckkolben
nicht verändert wird.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es stellt dar Fig.1 in schematischer Darstellung einen axialen
Längsschnitt durch den Hochdruckkolbenkompressor und durch das Schiebergehäuse mit
den wesentlichen Anschlußleitungen und Fig. 2 einen der Dreiwegehähne in anderer
Schaltstellung mit seinen Anschlußleitungen.
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Der hydraulisch, beispielsweise durch öl betriebene Treibzylinder
1 ist beiderseitig durch die Zylinderdeckel 2, 2' abgeschlossen, die
mit den Hochdruckzylindern 3, 3' aus einem Stück bestehen können. Mit 4, 4' sind
die Ansaugventile und mit 5, 5' die Auslaß- oder Druckventile der Hochdruckzylinder
bezeichnet.
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Der hydraulische Treibkolben 6 weist beiderseitig je einen Hochdruckkolben
7, 7' des Kompressors auf, wobei wiederum sämtliche Kolben aus einem Stück bestehen
oder auch aus drei Teilen zusammengesetzt
sein können. An seinen
beiden Stirnseiten --hat der Treibkolben 6 ringförmige Ausnehmungen 8,'- 8', so
daß ringartige Vorsprünge 9, 9' stehenbleiben, denen ringartige Ausnehmungen
10, 10' der Zylinderdeckel 2, 2' entsprechen.
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In entsprechende achsparallele Bohrungen der Treibzyhnderdeckel sind
mittels der Schraubengewinde 11, 11' die beiden Teile 12,12' einer
Steuerstange eingesetzt, die den Treibkolben 6 durchdringt. Jeder Teil der
Steuerstange ist mit einer axialen Bohrung 13, 13' versehen, -die an- den
benachbarten Enden in quergerichtete Steuerbohrungen 14, 14' übergehen. An
ihren entfernten Enden; also im Bereich der Treibzyhnderdeckel, stehen die axialen
Bohrungen 13, 13' über eine Querbohrung mit Ringkanälen 15, 15' in
Verbindung, die in die Austrittsbohrungen 16, 16' der Treibzylinderdeckel
übergehen.
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Der Treibkolben 6 hat auf dem mittleren Teil seines Mantels
eine ringförmige Ausnehmung 17, die durch eine kurze Querbohrung
18 mit einer die Steuerstange 12,12' umgebenden ringförmigen Ausnehmung
19 des Treibkolbens 6 in Verbindung steht. Mit 20 ist ein Anschlußstutzen bezeichnet,
der in die Rückflußleitung 20 a übergeht. Die beiden Teile 12, 12' der Steuerstange
sind derart in axialer Richtung gegeneinander verschieblich ineinandergefügt, daß
der hohlzylinderartige Ansatz 21 des Steuerstangenteils 12 den zapfenartigen
Ansatz 22 des Steuerstangenteils 12'
umgreift. Mit 23, 23' sind
in den Treibzylinderdeckeln angeordnete Kanäle -bezeichnet, die von den beiderseitig
des Treibkolbens 6 befindlichen Treibzylinderräumen nach auswärts führen.
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Das Schiebergehäuse 24 enthält einen Steuerschieber
25 und einen Hilfsschieber 26. Der Druckraum des Schiebergehäuses
24 ist mit 27 bezeichnet. Im übrigen bildet der konstruktive Aufbau
des Schiebergehäuses keinen Bestandteil vorliegender Erfindung.
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Die im Schiebergehäuse vorgesehenen Bohrungen 28, 28' dienen
der wechselseitigen Umsteuerung des Hilfsschiebers 26, die Bohrungen
29, 29' dienen der wechselseitigen Umsteuerung des Steuerschiebers
25.
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Die stufenlos regelbare Pumpe 30 saugt das flüssige Treibmittel
über die Leitung 31 aus dem Sammelbehälter 32 an und befördert es
durch die Druckleitung 33 in den Druckraum 27 des Schiebergehäuses
24. Die Leitungen 34, 34' dienen zur wechselseitigen Beaufschlagung
der Bohrungen 29, 29' durch den Hilfsschieber 26; die Leitungen
35, 35' dienen der wechselweisen Beaufschlagung der Bohrungen 28, 28'
des
Hilfsschiebers 26 in Abhängigkeit von der relativen Stellung zwischen Treibkolben
6 und Steuerstange 12, 12'. Zu diesem Zweck hat der Treibkolben 6 beiderseitig
Steuerkanten 6 a, 6 a', die mit den Steuerbohrungen 14, -14' zusammenwirken.
In die Leitungen 35, 35' sind Dreiwegehähne 36, 36' eingebaut, die
sich während des normalen Betriebs in der aus Fig. 1 ersichtlichen Stellung befinden.
Die Leitungen 37, 37 verbinden den Druckraum 27 des Schiebergehäuses
24 abwechselnd mit einer der beiden Seiten des Treibzylinders 1. Die Leitungen
35, 35' sind auf ihren zwischen den Dreiwegehähnen 36,
36' und
den Bohrungen 28, 28' gelegenen Abschnitten mit Abzweigleitungen 39, 39'
versehen, in die Absperrorgane 40, 40' eingebaut sind.
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In die der Druckleitung 33 zugeordnete Rückflußleitung
41 ist ein Druckventil 42 eingefügt, welches öffnet, wenn der Druck
in der Leitung 33 eine obere zulässige Grenze überschreitet. Entsprechend der Darstellung
in Fig. 1 ist der Treibkolben 6 auf seinem Weg von rechts nach links kurz vor dem
linken Umkehrpunkt angekommen. Wenn die Steuerbohrung 14' von der Steuerkante
6 a' des Treibkolbens-6 freigegeben wird, dann tritt Treibflüssigkeit vom rechten
Druckraum des Treibzylinders 1 über 14', 13', 15', 16', 35, 36 und
28 vor die linke Seite des Hilfsschiebers 26 und wirft diesen nach
rechts. Dabei strömt die Flüssigkeit vom rechten Steuerraum des Hilfsschiebers
26 über 28', 35', 16,
15, 13, 19, 18, 17, 20 und 20 a
nach dem Sammelbehälter 32 ab. Infolge der Umsteuerung des Hilfsschiebers
26 wird der Druckraum 27 über die Leitung 34' mit der Bohrung
29' verbunden, so daß der Steuerschieber 25 nach links verschoben
wird. Damit wird eine Verbindung zwischen dem Druckraum 27 über die Leitung
37 und den Kanal 23 nach der linken Seite des -Treibzylinders
1 hergestellt, wodurch die Arbeitsrichtung der Kolben 6, 7, 7' umgekehrt
wird. Die Flüssigkeit im rechten Zylinderraum des Treibzylinders 1 strömt
dabei über 23', 37' und 43' nach dem Sammelbehälter 32 ab.
Wenn die Kolben 6, 7, 7'
rechts angekommen sind, dann setzt hier völlig selbsttätig
die entgegengesetzte Umsteuerung ein, so daß die Kolben 6, 7, 7' wieder in die aus
Fig. 1 ersichtliche Stellung zurückgebracht werden.
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Durch axiale Verschiebung der Steuerstangenteile 12 und 12' in ihren
Gewinden 11, 11' werden die Steuerbohrungen 14, 14' axial verschoben, wodurch
der Beginn der Umsteuerungen den jeweiligen Verhältnissen angepaßt werden kann.
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Die Dreiwegehähne 36, 36' in Verbindung mit den Absperrorganen
40, 40' in den Abzweigleitungen 39.
39' dienen dem Anfahren
des Hochdruckkolbenkompressors bei beliebiger Stellung des Steuerschiebers
25
und des Hilfsschiebers 26-. Zu diesem Zweck wird der Dreiwegehahn
36 kurzzeitig aus der in Fig. 1 ersichtlichen Stellung in die aus Fig. 2
ersichtliche Stellung gedreht, wodurch der Hilfsschieber 26 unmittelbar über
die Leitungen 33, 38, 35 und die Bohrung 28
unter den Einfluß der Druckflüssigkeit
gesetzt wird. Dabei wird das Absperrorgan 40' in der Abzweigleitung
39' ebenfalls kurzzeitig geöffnet. Nachdem der Kompressor angelaufen ist,
werden der Dreiwegehahn 36 und das Absperrorgan 40' wieder in ihre Ausgangsstellung
zurückgebracht. Sollte infolge entsprechender Stellung des Hilfsschiebers @26 die
Umstellung des Dreiwegehahns 36 nicht zu dem gewünschten Erfolg führen, dann
müssen die entsprechenden Umstellungen an dem Dreiwegehahn 36' und dem Absperrorgan
40 in der Leitung 39 vorgenommen werden.